UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAR
CAMPUS UNIVERSITRIO DE TUCURU
FACULDADE DE ENGENHARIA MECNICA
DBORA CASTRO
JOSIANE RODRIGUES
MARIA HELENA SOUSA
SICLIA GAIA
SUSANE DIAS
TEMA: BALANCEAMENTO DE ROTORES
Tucuru Maro 2014
DBORA CASTRO-10133004018
JOSIANE REIS-10133000218
MARIA HELENA SOUSA-10133003418
SICLIA GAIA-10133003018
SUSANE DIAS-10133003718
BALANCEAMENTO DE ROTORES
Tucuru
Fevereiro/2014
Trabalho apresentando a Universidade Federal do Par,
Campus Tucuru, como critrios de avaliao na disciplina
Vibraes Mecnica, sob a orientao do Professor Msc.
Fbio A. Setbal.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Diferena entre o eixo de rotao e o eixo de inrcia 9
Figura 2: Rotores danificados 10
Figura 3: Velocidade Crtica 11
Figura 4: Relao Flexibilidade dos Mancais x Rotao x Rigidez 12
Figura 5: Deformao de rotores flexveis 13
Figura 6: Esquema de um Balanceamento Dinmico 15
Figura 7: Sistema sofrendo Desbalanceamento Esttico 16
Figura 8: Sistema sofrendo Desbalanceamento Acoplado 17
Figura 9: Sistema sofrendo Desbalanceamento Semi-Esttico 17
Figura 10: Sistema sofrendo Desbalanceamento Dinmico 18
Figura 11: Partes do sistema de Balanceamento Automtico 19
Figura 12: Modelo de Balanceadoras de Grande Porte 19
Figura 13: Instrumentao para a coleta de dados 22
Figura 14: Diagrama esquemtico para anlise de vibrao em um
equipamento
22
Figura 15: Balanceamento em 1(um) Plano 23
Figura 16: Balanceamento com analisador de vibrao 24
Figura 17: Balanceamento em 2(dois) Planos 24
Figura 18: Analisador de sinais dinmicos HP 35665 25
Figura 19: Espectro de Vibrao 26
Figura 20: Montagem de Isoladores de Vibrao 27
SUMRIO
1.INTRODUO 6
2.OBJETIVO 7
3.DEFINIO BALANCEAMENTO E DESBALANCEAMENTO 8
3.1. Balanceamento de rotores 8
3.2. Desbalanceamento dos rotores 8
4. ORIGEM DO DESBALANCEAMENTO 8
5. CAUSAS DO DESBALANCEAMENTO 9
6. EFEITOS DO DESBALANCEAMENTO 10
7. TIPOS DE ROTORES 11
8. ROTORES RGIDO OU FLEXVEL 11
8.1. Rotores Rgidos 11
8.2. Rotores Flexveis 12
9. BALANCEAMENTO UTILIZANDO A TEORIA DE COEFICIENTES
DE INFLUNCIA
13
9.1. Tcnicas de balanceamento 14
9.1.1. Balanceamento Esttico 14
9.1.2. Balanceamento Dinmico 15
10. TIPOS DE DESBALANCEAMENTO 16
10.1. Desbalanceamento Esttico 16
10.2. Desbalanceamento Acoplado 16
10.3. Desbalanceamento Semi-Esttico 17
10.4. Desbalanceamento Dinmico 18
11. FORMAS DE CORREO DO DESBALANCEAMENTO 18
12. QUALIDADE DO BALANCEAMENTO 19
13. BALANCEAMENTO DE CAMPO 21
13.1. Principais vantagens 21
14. INTRUMENTAO UTILIZADA 21
15. NORMAS TCNICAS 22
16. SELEO DO TIPO DE BALANCEAMENTO DE ROTOR RGIDO 23
17. BALANCEAMENTO DE ROTOR RGIDO EM 1(UM)
PLANO(ESTTICO)
24
18. BALANCEAMENTO DE ROTOR RGIDO EM 2(DOIS) 24
PLANOS(BALANCEAMENTO DINMICO)
19. BALANCEAMENTO DE ROTORES UTILIZANDO O ANALISADOR
DA HP35665
25
20. CONTROLE DE VIBRAO 27
21. ABSORVEDORES, NEUTRALIZADORES E ISOLADORES DE
VIBRAO
27
21.1. Isoladores de vibrao 27
21.2. Absorvedores de vibrao 27
CONCLUSO 28
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 29
6
1 INTRODUO
Com o desenvolvimento tecnolgico foi possvel observar grandes modificaes e
um significado aperfeioamento para os projetos, alm da criao de novas mquinas e
ferramentas de alto desempenho. Atravs desta nova fase tecnolgica alcanada, fcil
perceber uma grande mudana nas mquinas rotativas que circulam no setor industrial. Um
projeto de uma mquina rotativa no feito de maneira simples, pois o mesmo composto de
uma variedade de novos equipamentos, envolvendo conceitos bsicos com o intuito de
economizar recursos financeiros e naturais.
Mquinas rotativas so aquelas que possuem um eixo sobre o qual o mesmo
rotacionado ao redor de si mesmo. O rotor por sua vez, a parte rodante do sistema rotativo
(possui um formato cilndrico). As mquinas girantes so formadas por trs componentes: o
rotor, os mancais e uma estrutura de suporte. Exemplos que se aplicam a esse tipo de
comportamento so as bombas centrfugas e o ventilador, pois esses equipamentos trabalham
para transferir energia a gases e lquidos atravs da ao de um rotor.
O rotor em rotao gera grandes esforos dinmicos que podem comprometer as
partes da mquina que o suportam. Diante disso, importante averiguar as informaes sobre
esse comportamento para que os esforos atuantes sejam amenizados pelo balanceamento
dessa mquina. (FRISWELL ET al. 2010).
7
2. OBJETIVO
Realizar um levantamento de informaes para entender o comportamento dos
fenmenos que atuam sobre as mquinas rotativas, com base na identificao do
desbalanceamento, causas, efeitos que podem comprometer o desempenho do equipamento e
conhecer quais as formas ideais para uma possvel soluo do mesmo.
8
3. DEFINIO BALANCEAMENTO E DESBALANCEAMENTO
3.1 Balanceamentos de rotores
Friswell (2010) destaca que a identificao de um rotor balanceado ou no, feita
atravs da localizao do seu centro de gravidade (CG) e do eixo principal de inrcia (EPI).
Ambos encontram-se localizados no mesmo ponto do eixo de rotao do sistema, portanto,
deve ter um balanceamento. Na prtica difcil encontrar somente situaes de
balanceamento, pois, de forma geral as mquinas rotativas apresentam um desbalanceamento
residual.
Dessa forma, o balanceamento o processo no qual a distribuio de massa de um rotor
verificada podendo sofrer reajustes para que possa garantir um desbalanceamento residual e
esforos nos mancais, obedecendo s faixas permissveis e especificadas para uma
determinada frequncia de operao. O processo de ajustes no sistema envolve a insero ou a
retirada de massa do motor.
3.2 Desbalanceamentos de rotores
O desbalanceamento em mquinas rotativas pode ser gerado por vrios fatores, dentre
eles, limites de tolerncias de fabricao, desalinhamentos de eixo, processo de manufatura,
modo de operao na mquina, pequenas partculas como, por exemplo, resinas, sujeiras, e
gelo.
Dessa forma o desbalanceamento excessivo pode provocar grandes amplitudes de
movimento obtendo como consequncias altos nveis de vibrao que podem propagar danos
para os componentes do sistema. O desalinhamento e o desbalanceamento so classificados
como as duas principais causas de mau funcionamento e falhas em mquinas rotativas, uma
situao que acaba comprometendo a questo da segurana e a confiabilidades das instalaes
industriais, podendo gerar riscos e danos que atingem ao meio ambiente (FRISWELL et al.,
2010).
4. ORIGEM DO DESBALANCEAMENTO
Quando se projeta uma determinada mquina mesmo esta sendo otimizada, h
possibilidades de encontrar imperfeies que podem interferir no trabalho que esse
determinado sistema desempenha, so estes, erros de simetria, desvios dimensionais, desvios
9
de forma, e imperfeies na matria prima. Essas avarias que comprometem a distribuio de
massa em torno do eixo de rotao do rotor, gerando desbalanceamento (GZ; SILVA,
2002).
5. CAUSAS DO DESBALANCEAMENTO
Distores permanentes devido a efeitos trmicas ou a esforos;
Configurao sem simetria
Desgaste em ps de rotores, e corroso;
Incrustaes de sujeiras ou gelo;
Distoro na soldagem;
Irregularidades no molde em peas fundidas.
Figura 1: Diferena entre o eixo de rotao e o eixo de inrcia
FONTE: GZ e SILVA (2002)
Contudo, o desbalanceamento provoca a distribuio desigual de massa do rotor em
torno do seu eixo de rotao, o que faz com que o eixo principal de inrcia no coincida com
o eixo de rotao. Essa desigualdade resulta em uma massa desbalanceada que quando gira,
gera uma forca centrfuga que causa a vibrao. Onde pode ser calculada a partir da equao
abaixo:
(1)
Fc = me 2
10
Onde
m massa desbalanceada
e excentricidade
velocidade angular em radianos por segundo
Fc forca centrfuga
6. EFEITOS DO DESBALANCEAMENTO
Um corpo rotacional desbalanceado pode causar no apenas foras em seus mancais e
fundao, mas tambm vibraes na mquina. Em qualquer velocidade dada, ambos os efeitos
dependem essencialmente das propores geomtricas e distribuio da massa do rotor e da
mquina, assim como da rigidez dos mancais e da fundao.
Entender efeitos causados pelo desbalanceamento importante para que haja uma
providncia no sentido de corrigir o problema, fazendo assim inspees para definir o que est
causando o desbalanceamento, conseqentemente evitando erros contnuos, onde se no for
feita uma melhor inspeo estes mesmos podem ser uma soluo perdida e estas causas no
sero controladas ou minimizadas.
Deste modo o desgaste e a eroso podem ser causas que danificam e provocam o
desbalanceamento do rotor, de acordo com as propriedades do material. Principalmente em
ambientes corrosivos ou sujeitos a cavitao. (GZ; SILVA, 2002)
Figura 2: Rotores danificado.
Fonte:GZ e SILVA (2002).
11
7. TIPOS DE ROTORES
Conforme Coelho (2013), os rotores rgidos e flexveis podem ser classificados
dependendo da relao entre a velocidade de rotao (RPM) e a sua frequncia natural (Wn).
Qualquer equipamento rotativo tem sua prpria frequncia natural. Quando a frequncia
natural se iguala velocidade de rotao, se tem uma condio de ressonncia. A velocidade
de rotao que faz o rotor entrar em ressonncia chamada de velocidade crtica. Quando h
um aumento da velocidade de rotao a partir do repouso, coletar as amplitudes de vibrao
resultar em um possvel grfico apresentado pela figura 3.
Figura 3: Velocidade Crtica
FONTE: MENDES (2013).
8. ROTORES RGIDO OU FLEXVEL
8.1. Rotores Rgidos
De um modo geral no simples a determinao do tipo de rotor, pois, so levados
em considerao as anlises de flexibilidades do conjunto rotor-eixo e as flexibilidades dos
mancais. Quanto maior a flexibilidade dos mancais, mais o rotor pode ser considerado
rgido, como mostra a figura 4.
12
Figura 4: Relao Flexibilidade dos Mancais x Rotao x Rigidez do Rotor
FONTE: MENDES (2013).
A grande parte dos rotores utilizados na indstria classificada como do tipo rgidos,
e so aqueles que operam abaixo da sua primeira frequncia natural de vibrao. A terceira
coluna da figura 4 representa (mancais mais flexveis), na primeira coluna evidencia que o
rotor pode fletir de diferentes maneiras, dependendo de sua velocidade de rotao, ou seja, a
figura mostra de uma forma geral os trs modos de flexo e velocidades crticas. Gz e Silva
(2002) explicam que para ser considerado rgido, o rotor deve operar a uma velocidade de at
70% a sua velocidade crtica. Dessa forma, quando o rotor est balanceado a uma velocidade,
o rotor rgido estar balanceado em todos os regimes de operao. Geralmente, esses
equipamentos rotativos so dimensionados para resistir o prprio peso sem flexo. O
balanceamento pode ser realizado em at dois planos perpendiculares ao eixo de rotao, um
procedimento que garante sucesso quando se trata de rotores do tipo rgidos.
8.2. Rotores Flexveis
Um rotor considerado flexvel quando opera a uma rotao acima de 70% da
primeira rotao crtica conhecida ou frequncia de ressonncia. As foras devido ao
desbalanceamento fazem com que o rotor dobre ou flexione e, por isso, so chamados de
rotores flexveis.
A fora centrfuga resultante do desbalanceamento ser alta ao ponto de flexionar ou
dobrar o rotor no centro do desbalanceamento. Ao fletir, o EPI (Eixo principal de Inrcia)
deslocado em relao ao ER (Eixo de rotao), criando um novo desbalanceamento. A
remoo do desbalanceamento pode ser bem sucedida quando realizado um balanceamento
em dois planos. Para eliminar desbalanceamento provocado pela operao (velocidade) o
ideal que se faa um balanceamento em trs ou mais planos dependendo da quantidade de
planos que se encontram desbalanceados (COELHO, 2013).
13
Figura 5: Deformao de rotores flexveis.
FONTE: MENDES (2013).
9. BALANCEAMENTO UTILIZANDO A TEORIA DE COEFICIENTES DE
INFLUNCIA.
vivel ressaltar que o balanceamento o mtodo realizado para reduzir os efeitos
causados pela distribuio de massa no uniforme em torno do rotor, esse procedimento reduz
vibraes e rudos indesejados nos equipamentos de rotao.
Landrini (2013) menciona o mtodo de coeficientes de influncia uma forma que
leva em considerao o atraso da excitao referente passagem da massa desbalanceadora,
ou seja, a diferena em termos de fase da posio da massa e do sinal por ela gerado.
Geralmente no tem como identificar a localizao da massa e nem a diferena de fase, nesse
momento que se faz uso dos testes de massa que so inseridos nos planos de balanceamento
do rotor em posies conhecidas para que possa ser emitida uma avaliao dos efeitos
causados. Com o auxlio de um algoritmo que envolve vetores complexos possvel
determinar com preciso o valor da massa corretora e a posio angular em que ela dever ser
inserida e, assim, reduzir os efeitos de vibrao a nveis aceitveis.
Este mtodo pode ser vivel para a resoluo de desbalanceamento esttico e
dinmico, sendo o primeiro um caso particular do segundo. Contudo, o mtodo de
coeficientes de influncia pode ser utilizado para ambos os casos.
9.1. Tcnicas de Balanceamento
9.1.1. Balanceamento Esttico
Conforme Sousa (2005), o balanceamento esttico comum em rotores curtos e pode
ser praticado atravs do mtodo de coeficientes de influncia. Neste tipo de balanceamento a
compensao de massas feita em um s plano. Seu uso encontrado em rotores com forma
14
de disco e rotores montados externamente aos seus dois mancais. No balanceamento esttico a
linha de centro do rotor e a linha de centro da rotao devem estar paralelas e excntricas para
que o equipamento seja balanceado. Qualquer rotor possui fora e momento resultantes do
desbalanceamento, existem situaes no qual o momento resultante pode ser muito pequeno
que no afeta diretamente o funcionamento da mquina, nessas condies o balanceamento
esttico aceito.
Tabela1: Tabela representativa de coleta de dados para balanceamento esttico.
MDULO FASE
1 Vo Fo
2 V1 F1 m/m
AMPLITUDE DE VIBRAOETAPA
MASSA DE
TESTE
FONTE: SOUSA (2005).
Os valores acima representam:
V0 Vibrao original medida num dos mancais.
V1 Vibrao resultante no mesmo mancal devido a adio da massa de teste no plano.
F0 e F1 Respectivos ngulos de fase.
m/m Massa de teste e respectiva posio em relao a referncia adotada.
Os passos para um balanceamento segundo Sousa (2010):
Parar o rotor.
Girar o rotor na rotao de trabalho.
Colocar a massa de teste numa posio angular conhecida.
Medir a amplitude e fase da vibrao resultante. ( 1 1).
Medir a amplitude e fase da vibrao inicial sem nenhuma massa no plano de
balanceamento. ( 0 0)
Executar o procedimento de clculo
Remover a massa de teste.
Adicionar a massa corretora no local indicado.
15
9.1.2 Balanceamento Dinmico
O balanceamento dinmico consiste em medir as duas forcas resultantes, nos dois
planos de balanceamento e proceder sua anulao pela colocao de duas massas corretoras.
o tipo de balanceamento mais empregado em rotores de maior comprimento fazendo uso de
dois mancais e dois planos de balanceamento. Os sinais de vibrao se apresentam com uma
diferena de fase e amplitude, e precisam ser adquiridos simultaneamente nos dois mancais
(GZ;SILVA, 2002).
Figura 6: Esquema de um balanceamento dinmico.
FONTE: GZ e SILVA (2002).
Procedimento para um Balanceamento Dinmico:
Medir a amplitude e fase da vibrao inicial nos dois mancais sem nenhuma massa no
plano de teste. ( 10 10; 20 20)
Parar o rotor.
Colocar a massa de teste numa posio angular conhecida no primeiro plano de
insero de massa de teste.
Girar o rotor na rotao de trabalho.
16
10. TIPOS DE DESBALANCEAMENTO
Alguns tipos de desbalanceamentos so possveis de ser detectados a olho nu. Os
tipos de desbalanceamentos mais comuns segundo so o esttico, o acoplado, o semi-esttico
e o dinmico (LANDIM 2013).
10.1. Desbalanceamento Esttico.
O nome desbalanceamento esttico ocorre mesmo que esteja em repouso (rotao
igual a zero). A soluo para este tipo de situao feita atravs da adio de massa que
possua as mesmas caractersticas iguais massa do plano ou pode tambm ser retirada a
massa adicional a fim de obter dois planos de massas iguais.
Figura 7: Sistema sofrendo desbalanceamento esttico.
FONTE: LANDIM (2013).
10.2. Desbalanceamento Acoplado.
O desbalanceamento acoplado pode ser percebido partir do momento em que o
rotor estiver em operao (rotao diferente de zero), suas caractersticas pode ser
comprovada atravs dos dados de amplitude e fase obtidos por sensores.
17
Figura 8: Sistema sofrendo um desbalanceamento acoplado
FONTE: LANDIM (2013).
10.3. Desbalanceamento Semi-Esttico.
uma juno do desbalanceamento acoplado e dinmico, porm o esttico est alinhado
com um componente do acoplamento. Nesse caso, as amplitudes de vibraes so maiores em
uma das extremidades.
Figura 9: Sistema sofrendo um desbalanceamento Semi-Esttico.
FONTE: LANDIM (2013).
18
10.4. Desbalanceamento Dinmico.
o tipo de desbalanceamento mais comum, representa uma combinao completa
entre desbalanceamento esttico e desbalanceamento acoplado. Em geral um rotor no possui
uma nica rea da seo transversal desbalanceada, pois vrios planos so distribudos ao
longo do eixo de rotao, esses vrios planos podem ser substitudos por duas foras
resultantes, com coordenadas e valore diferentes. Representado na figura 10.
Figura 10: Sistema sofrendo um Desbalanceamento Dinmico.
FONTE: LANDIM (2013).
11. FORMAS DE CORREO DO DESBALANCEAMENTO
Atualmente no mercado encontram-se variedades de mquinas balanceadoras com
bom nvel de qualidade, estas podem ser, manuais, semi-automticas ou totalmente
automticas. As tcnicas eletrnicas digitais contriburam para a versatilidade com o papel
desenvolvido pelas balanceadoras, so compostos de sensores de vibrao, sistema de
controle, atuadores e anis de correo como mostra a (figura 11). Os anis de correo
contem massas internas que podem ser reposicionadas para compensar o desbalanceamento de
massa do rotor. Eles so fixados ao eixo que ir receber a correo. Dessa forma, as mquinas
de balancear se destacam devidamente por possuir as seguintes caractersticas:
Corrigir as leituras dos planos dos mancais para os planos de balanceamento;
Balancear em qualquer rotao (rotores rgidos);
Apresentam o resultado em gramas para as massas corretoras em posies possveis de
correo;
19
Indica a posio do rotor parado para facilidade ao operador;
Figura 11: Partes do sistema de Balanceamento Automtico
FONTE: LANDIM (2013).
Exemplos de Balanceadoras de grande porte (figura 12).
Figura 12: Modelo de Balanceadoras de grande porte
FONTE: GOEZ e SILVA (2002).
12. QUALIDADE DO BALANCEAMENTO
A execuo do balanceamento de rotores sugere que seja feito uma avaliao para
julgar a qualidade do mesmo. importante saber especificar o grau de balanceamento ideal
para cada maquina. O processo de balanceamento uma atividade econmica, porque
garantem que a vida til das mquinas, o desempenho, produtividade sejam cada vez mais
20
melhorados. O desbalanceamento no fcil de ser eliminado totalmente, pois o rotor pode
possuir um certo desbalanceamento residual. Estas recomendaes esto de acordo com o
desbalanceamento residual permissvel, e pode se mostrado a partir da equao (2). Contudo,
vivel procurar medidas para evitar que esse resduo se torne prejudicial no processo. A
partir dessas informaes, o ideal que se estabeleam critrios para o balanceamento, para
manuteno e at para previso da vida til dos mancais. A equao (4) define como pode ser
calculada a qualidade do balanceamento.
Segundo a (ISO, 2003) o desbalanceamento residual permissvel depende da massa do
rotor: quanto mais pesado o rotor maior poder ser o residual, equao (2).
(2)
Onde:
U Desbalanceamento residual permissvel;
m Massa;
d Distncia;
O desbalanceamento residual especifico igual o desbalanceamento residual
permissvel dividido pela massa do rotor e pode ser representado pela equao (3).
(3)
A qualidade do balanceamento pode ser encontrada a partir da equao (4), para
aumentar a rotao preciso diminuir o resduo especfico. Para ento, obter a qualidade do
balanceamento.
(4)
Onde:
G - Qualidade do balanceamento;
e - Desbalanceamento residual especfico;
W rotao;
G = e. = Constante
U = massa. distncia [g.mm]
e =
21
13. BALANCEAMENTO DE CAMPO
O balanceamento de campo mais um recurso que pode ser utilizado em vrias
situaes para efetuar correes causadas pelo desbalanceamento de massa de algum rotor de
mquina. Essas massas se concentram de forma aleatria (espalhadas) na regio do rotor,
Logo, vivel estabelecer um diagnostico de desbalanceamento e determinar as correes
necessrias (GZ; SILVA, 2002).
Com o desbalanceamento em campo a mquina no precisa ser desmontada, pois o
equipamento utilizado para fazer o balanceamento porttil e composto por softwares que
calcula a quantidade de massa a ser adicionada ou removida a sua posio do rotor. As
vantagens de se executar o balanceamento no campo que no necessrio desmontar o
equipamento para realizar o servio, reduz-se assim, tempo e custo, a forma de execuo
conta com uma variedade de tecnologias, pois, se utiliza indicadores de vibrao nos mancais
e sistemas de acionamentos na base da mquina. Esta tcnica pode ser aplicada em
exaustores, ventiladores, condicionadores, rotores, torres de resfriamento e etc.
13. 1. Principais vantagens:
No necessria a desmontagem do equipamento;
Reduo dos nveis de vibrao
Economia no custo da manuteno
Aumento da vida til do equipamento;
14. INSTRUMENTAO UTILIZADA.
A vibrao em um determinado equipamento transformada em sinal eltrico por
um sensor, que por sua vez transmite atravs de cabos condutores at o coletor/analisador.
Logo aps essa etapa, o sinal eltrico divulga informaes que sero interpretados por
softwares que atravs de um programa que passa a apresent-lo na forma de sinal no tempo ou
espectro de frequncia, tornando a anlise das condies do equipamento fcil e eficaz. A
figura 13 esquematiza a instrumentao para coleta e anlise de dados, segundo COELHO &
HANSEN (1993).
22
Figura 13: Instrumentao para a coleta de dados
FONTE: VIEIRA (2008).
Os coletores so instrumentos bsicos que fazem parte da rotina de acompanhamento
para anlise de vibrao em mquinas. Estes equipamentos possuem baterias recarregveis ou
substituveis, e pode receber dados de vibrao, tipo de deslocamento, velocidade e
acelerao. Geralmente estes tm instalado softwares que permite uma pr-anlise nos
espectros de frequncia. Os dados so armazenados na memria do coletor para que em
seguida seja enviado para um computador com mais opes de ferramentas. Representado na
figura 14 (COELHO & HANSEN, 1993).
Figura 14: Diagrama esquemtico para anlise de vibrao em um equipamento.
FONTE: Apostila de Mtodos e Tcnicas de Anlise de Vibrao, VIEIRA (2008).
15. NORMAS TCNICAS
NBR 8008/83
ISO 1940/73 (Balance Quality of Rotanting Rigid Bodies).
Medidor de Vibrao
(deslocamento,
velocidade acelerao).
Pr-Amplificadores Filtros
Analisadores
de Frequncia Gravadores
Magnticos
23
Essas normas Implanta condies exigveis do balanceamento de corpos rgidos
rotativos, particularmente o relacionamento do desbalanceamento residual permissvel como
uma funo da velocidade mxima de servio. Inclui ainda, classificao de vrios tipos de
rotores representativos, em que os grupos de rotores so associados com faixas de graus de
qualidade de balanceamento recomendada.
16. BALANCEAMENTO DE ROTOR RGIDO EM 1(UM) PLANO(ESTTICO)
Elementos de mquina com um formato de disco circular faz com que um plano de
correo seja suficiente para o balanceamento ideal. Quando o centro da massa deslocado do
eixo de rotao devido a defeitos de fabricao, o elemento de mquina pode ser considerado
estaticamente balanceado(GZ; SILVA, 2002).
Este procedimento chamado balanceamento em um plano uma vez que todas as
massas esto localizadas praticamente em um plano. A quantidade de desbalanceamento pode
ser determinada girando-se o disco a uma velocidade de rotao e medindo-se as reaes nos
dois mancais, a partir da figura 15.
Figura 15: Balanceamento em 1(um) Plano
Fonte: GZ e SILVA (2002)
Analisadores de vibrao tambm so alternativas para realizar balanceamento em um
plano. Nesse processo, o disco montado em um eixo rotativo que tem um mancal em A,
acionado por um motor eltrico visualizado na figura 16.
24
Figura 16: Balanceamento com Analisador de Vibrao
Fonte: GZ e SILVA (2002)
17. BALANCEAMENTO DE ROTOR RGIDO EM 2 (DOIS) PLANO
(BALANCEAMENTO DINMICO).
Quando um rotor possui um formato de um corpo rgido alongado o
desbalanceamento pode est localizado em qualquer regio ao longo do comprimento do rotor
(COSTA, 2008). Nesta situao, o rotor pode ser balanceado atravs da adio de pesos
balanceadores em qualquer dos dois planos. Por convenincia, os dois planos so comumente
escolhidos como os planos extremos do rotor (na figura 17, as linhas tracejadas servem para
evidenciar os planos extremos do rotor).
Figura 17: Balanceamento em 2(dois) Planos.
FONTE: GZ e SILVA (2002)
18. BALANCEAMENTO DE ROTORES UTILIZANDO O ANALISADOR DA HP
35665
O analisador de sinais dinmicos (figura 18) possui dois canais com uma faixa de
frequncia que atinge 102,4 kHz quando utilizado apenas um canal e at 51,2 kHz, quando
25
utilizado os dois canais. Pode funcionar nos modos de anlise FFT, anlise de correlao,
varredura em seno e histograma /tempo. Este dispositivo pode gerar sinais senoidais de
varredura rpida Peridica e em pacotes, senide fixa rudos aleatrios e rudos em
pacote(GZ; SILVA, 2002). A tabela 2 mostra a configurao do analisador.
Figura 18: Analisador de sinais dinmicos HP 35665
FONTE: Site Alibaba.
Tabela 2: Configurao do analisador para balanceamento de rotores
Modo do
instrumento: FFT
ANALYSIS
Grandezas medidas:
Hz/ms
Resoluo/n de
linhas: 200
Nmero de mdias:
30
Window em
Hanning
Triger: free run
trigger
Faixa de frequncia
de 10 a 410 Hz
Auto escala: off
Top reference Disp/format:
Upper/lower
Average: on Fast avg: off
FONTE: FERREIRA (2010)
19. CONTROLE DE VIBRAO
Para Landim (2013) o processo de balanceamento de rotores uma das alternativas
mais adequadas para que seja feito a minimizao das vibraes em motores eltricos. O nvel
destas vibraes deve ser detectado para que uma possvel soluo seja empregada, pois
dependendo do nvel de vibrao as cosequncias podem gerar fadigas ou falhas prematuras
no motor ao longo de sua vida til, comprometendo tambm sua instalao e o papel
desenvolvido.
26
Geralmente nessas situaes possvel reduzir, mas no eliminar as foras dinmicas
que originam a vibrao. Porm, seguindo os passos abaixo possvel obter um controle de
vibrao sucedido para o sistema. So eles:
Controlar as frequncias naturais do sistema e evitando ressonncia.
Prevenir resposta excessiva do sistema, durante a ressonncia importante introduzir
amortecimento ou algum mecanismo de dissipao de energia.
Reduzir a transmisso de foras de excitao de uma parte da mquina para outra, pelo
uso de isoladores de vibrao.
Reduzir a resposta do sistema, pela adio de um neutralizador de massa auxiliar ou
absorvedor de vibrao.
As vibraes que ocorrem nos equipamentos so constitudas por um conjunto de
vibraes, contendo vrias frequncias que geram um determinado componente. O sinal de
vibrao no domnio do tempo submetido Transformada de Fourier para obteno do sinal
equivalente no domnio da frequncia. A (figura 19) apresenta a passagem do sinal X(t) para
X(f). O sinal de vibrao no domnio da frequncia chamado de Espectro de Vibraes. Este
tratamento de sinal feito em instrumentos especiais que tambm utilizam a FFT (Fast
Fourier Transform).
Figura 19: Espectro de Vibrao
FONTE: Apostila de Manuteno Mecnica, MATESO (2008).
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20. ABSORVEDORES, NEUTRALISADORES E ISOLADORES DE VIBRAO.
20.1. Isoladores de Vibrao
Os mtodos de isolamento de vibrao so utilizados para reduzir os efeitos
indesejveis da vibrao. Este processo de isolamento envolve a introduo de material
resiliente (isolador) entre a massa vibratria (equipamento) e a fonte de vibrao
Basicamente, isolamento de vibraes envolve a insero de um membro resiliente (ou
isolador) entre a massa vibratria (ou equipamento) e a fonte da vibrao. O sistema de
isolamento pode ser classificado em ativo ou passivo. considerado ativo quando exige uma
potncia externa para que seja executada a funo de isolar, se no h potncia chamado de
passivo. So exemplos de isoladores passivos: molas metlicas, molas pneumticas e molas
de elastmeros (borracha). A Figura 20 mostra como feita a montagem de isoladores.
Figura 20: Montagem de Isoladores de Vibrao.
Mola metlica.
Mola metlica com
carcaa.
Calo de neoprene.
Massa de elastmeros
com vibra sinttica. FONTE: Apostila de Manuteno Mecnica, MATESO (2008).
20.2. Absorvedores de Vibrao
Uma mquina ou sistema pode apresentar vibraes excessivas se estiver sob ao de
uma fora excitadora cuja frequncia se aproxima da frequncia natural da mquina ou
sistema. Nesses casos, a vibrao da mquina pode ser reduzida utilizando um neutralisador
de vibrao ou absorvedor dinmico de vibrao. um sistema massa-mola que trabalha com
um sistema de um grau de liberdade (GZ; SILVA, 2002).
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CONCLUSO
Este trabalho visou apresentar informaes a respeito do estudo de balanceamento de
rotores. notrio que um dos principais problemas relacionados a mquinas rotativas o
desbalanceamento, pois faz com que haja uma m distribuio de massa em um rotor,
provocando assim, consequncias que iro comprometer o papel desenvolvido por essa
mquina. O balanceamento por sua vez, surge para melhorar a distribuio de massa na regio
do rotor, amenizando foras desbalanceadoras. O estudo sobre essas mquinas rotativas
possui uma funo importante no setor industrial, e a maneira como esses equipamentos se
comportam interessante no sentido de verificar se os mesmos esto realmente operando com
as faixas corretas de velocidade, pois quando isso no acontece podem surgir vibraes que
causam falha dos componentes, resultando em altos custos de reparos.
Portanto, essas avaliaes tm reforado a necessidade em todos os estgios, desde o
projeto at os diagnsticos em campo atravs do uso de tecnologias computacionais que
fornecem dados relevantes para uma melhor compreenso e soluo dos fenmenos
envolvidos.
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REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
FERREIRA. B.F; Deteco de trincas em eixos rotativos atravs de medio de vibrao.
Faculdade de Tecnologia de Engenharia mecnica, 2010,
COELHO, G.A.T; Balanceamento dinmico de um simulador de mquinas rotativas,
Universidade do Rio de Janeiro,2013.
COSTA, R. E; Anlise dinmica de rotores em balano utilizando procedimentos
computacionais e experimentais; Universidade Federal de Minas Gerais, 2008.
Disponvel em: Servio de Monitoramento de Vibrao.
http://www.mgstecnologia.com.br/monitoramento_vibracao.php. Acesso em: 09/03/2014.
Disponvel em: Anlise de Vibrao em equipamentos.
. Acesso em 10/03/2014.
Disponvel em: Balanceamento de equipamentos e controle de qualidades.
. Acesso em: 10/03/2014
Disponvel em: HP Agilent/ Analisador de sinais dinmicos.
. Acesso em: 10/03/2014.
FRISWELL, M. I.; Penny, J. E.; Garvey, S. D.; Lees, A. W. Dynamics of Rotating Machines.
New York: Cambridge University Press, 2010.
GZ, R. D.; SILVA, T. C. da.; Balanceamento de Rotores. R & T Anlise de Vibraes e
Balanceamento. 2002.
ISO, International Standard Organisation -.Mechanical vibration Balance quality
requirements for rotors in a constant (rigid) state. 2003.
LANDIM, D. Balanceamento de Rotores Utilizando os Mtodos dos 3 Pontos e do
Coeficiente de Influncia. Rio de Janeiro: Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2013.
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MENDES, A.S; Desenvolvimento de Software em Labview para balanceamento Dinmico de
rotores, Faculdade de Engenharia Mecnica, Universidade do Rio de Janeiro, 2013.